铌酸银光催化降解聚氯乙烯薄膜的制备与研究

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目前,各方面的环境污染问题越来越严重,其中聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)薄膜对环境的污染问题引起人们的广泛关注,解决好该问题将对社会的可持续发展作出较大贡献。采用光催化剂对PVC薄膜进行光催化降解,不仅能节约能源还能提高经济效益。因此,新型光催化剂的合成与应用成为研究的焦点。铌酸银(AgNbO3)是一种新型多功能半导体材料,禁带宽度约为2.8 eV,因其结构中存在许多氧空穴,能够吸附更多氧分子,从而可以更充分的利用太阳能。与目前研究较多的TiO2半导体光催化剂相比,AgNbO3既可以吸收紫外光又可以吸收可见光,具有更高的研究价值和更广阔的发展前景。本论文采用玻璃涂层法以石英玻璃为基底制备了纯PVC薄膜、添加水热合成法制备的AgNbO3光催化剂的复合薄膜(PVC-AgNb O3)和掺杂纳米Fe2O3的AgNbO3光催化剂复合薄膜(PVC-Fe2O3/AgNbO3),并对薄膜的光催化降解进行了讨论分析,同时对水热合成法制备的AgNbO3光催化剂的反应原料用量、反应时间等合成条件进行了优化以及性能进行了表征。首先,采用水热合成法以氟化氢铵(NH4HF2)、氧化银(Ag2O)和五氧化二铌(Nb2O5)为原料,按照不同用量合成制备目标产物AgNbO3光催化剂,并对原料用量和反应时间进行了优化,相比之下反应原料用量为NH4HF2 0.69 g、Ag2O 0.93 g、Nb2O5 1.06 g,反应时间为64 h时合成的目标产物形状完整,呈规则的立方体结构,粒径均匀,约1μm左右。其次,将质量分数0%、3%、6%、9%、15%的AgNbO3光催化剂加入四氢呋喃(THF)溶解的PVC溶液中,以石英玻璃为基底制备了纯PVC薄膜和PVC-AgNbO3复合薄膜,分别在紫外灯(6 W,λmax=365 nm)和氙灯(500W)照射下进行光催化降解实验。利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)等方法对光照前后薄膜的形貌及光催化降解性能进行了分析表征。结果表明:PVC薄膜在紫外光和可见光照射下均发生了光催化降解,加入AgNbO3光催化剂加速了PVC薄膜的降解,且随着AgNbO3光催化剂添加量的增加,PVC薄膜的降解效率越来越高,当薄膜降解一定时间后,降解率基本不再变化,加入AgNbO3光催化剂的质量分数为15%时,紫外光下失重率为31.75%,可见光下失重率为33.83%。XRD分析显示,PVC主链断裂改变了原有的结构,AgNbO3光催化剂在光催化降解过程中没有发生变化,表现出良好的稳定性。FTIR分析显示,PVC-AgNb O3复合薄膜发生降解产生了C=O的伸缩振动,表明AgNbO3光催化降解PVC薄膜是通过光催化氧化引起的。同时研究还表明,可见光条件下薄膜的光催化降解效果明显比紫外光条件下的光催化降解效果好。最后,将质量分数0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%纳米Fe2O3掺杂到PVC-AgNbO3的复合薄膜中,制备了PVC-Fe2O3/AgNbO3复合薄膜。在500W氙灯照射120 min条件下,主要探讨了Fe2O3掺杂量对PVC-AgNbO3复合薄膜降解效果的影响。利用XRD、SEM、FTIR等方法对光照前后薄膜的形貌及光催化降解性能进行了分析表征。结果表明:纳米Fe2O3的掺杂提高了复合薄膜的光催化降解效率。纳米Fe2O3的掺杂量为0.5%时,薄膜的降解效率相对最高,达到46.53wt%。SEM表明:纳米Fe2O3的掺杂量为0.5%时,薄膜表面孔洞最大,薄膜的降解效果相对最好。XRD分析显示,在可见光照射下,Fe2O3/AgNbO3复合光催化剂促进了PVC薄膜的降解。FTIR分析显示,复合薄膜发生降解后同样产生了C=O的伸缩振动,并且其强度先增强后减弱,当纳米Fe2O3的掺杂量为0.5%时光催化降解程度最强,并与失重分析的结果一致。本研究为光催化降解薄膜的制备提供了依据和方向,具有现实意义。
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